СПОСОБ УПРАВЛЕНИЯ ПРОЦЕССОМ ОХЛАЖДЕНИЯ СПЛАВА ALV55 Российский патент 2024 года по МПК C22C27/02 C22C1/02 C21D1/60 

Техническая область

Данное изобретение относится к области металлургии, и более конкретно, к способу управления оксидной пленкой сплава AlV55 на заднем конце.

Фон изобретения

Ванадиевый алюминиевый сплав используется в качестве элементной добавки для изготовления титановых сплавов, высокотемпературных промежуточных сплавов и некоторых специальных сплавов, широко используется в аэрокосмической сфере в качестве высококачественных сплавных материалов, обладает высокой твердостью, эластичностью, устойчивостью к морской воде, легкостью, используется для изготовления гидросамолетов и гидропланов.

В связи с быстрым развитием экономики и непрерывным повышением уровня потребления населения Китай значительно укрепил свою оборонную мощь и мощь в области космонавтики, значительно вырос объем титановых сплавов, применяемых в гражданской промышленности и аэрокосмической сфере. В настоящее время в Китае в основном применяется заготовка сплава AlV55 для получения сплава Ti-6Al-4V, который пользуется большим спросом на рынке, но доля оксидной пленки из сплава AlV55, полученной традиционным способом заготовки, как правило, высока, и нет более практичного метода контроля.

Таким образом, разработка не дорогостоящего, эффективного и качественного способа управления оксидной пленкой сплава AlV55 на заднем конце является вполне ожидаемой.

Содержание изобретения

В связи с недостатком существующей технологии основная цель данного изобретения заключается в обеспечении способа управления оксидной пленкой сплава AlV55 на заднем конце, который эффективно снижает соотношение продукта из оксидной пленки за счет метода быстрого охлаждения круга из сплава AlV55 в водяной закалке после окончания реакции.

Для решения вышеуказанных технических проблем в данном изобретении используются следующие технические решения:

В соответствии с данным изобретением предусмотрен способ управления оксидной пленкой сплава AlV55 на заднем конце, состоящий из следующих шагов:

1) Поместить реактор на плавильный стол в закрытое пространство, залить смешанную шихту, содержащую V₂O₅ и металл Al;

2) Зажечь воспламеняющий агент, чтобы запустить реакцию и произвести термитно-восстановительную плавку алюминия;

3) После окончания реакции, в реактор продуть инертный газ, для защиты;

4) Контроль температуры поверхности круга из сплава AlV55 и разборка печи при снижении температуры поверхности до заданной температуры;

5) Поместить круг из сплава AlV55 в ванну для водяной закалки, для быстрого охлаждения; и

6) После охлаждения, выловить круг из сплава AlV55, раздробить, чтобы получить изделие из сплава AlV55.

Согласно одному из вариантов реализации данного изобретения, шаг 1), крупность зернистости V₂O₅≤120 меш, крупность металла Al≤80 меш, время смешивания составляет 20-30 мин.

Согласно одному из вариантов реализации данного изобретения, шаг 2), в качестве средства зажигания используется магниевая лента.

Согласно одному из вариантов реализации данного изобретения, шаг 3) включает продувку инертным газом над сварочной ванной реактора.

Согласно одному из вариантов реализации данного изобретения, шаг 4), заданная температура составляет 800-1000°С.

Согласно одному из вариантов реализации данного изобретения, шаг 5) включает погружение круга из сплава AlV55 в ванну, для водяной закалки, верхняя поверхность круга из сплава AlV55 может находиться на расстоянии около 5-10 см от уровня жидкости в ванне для водяной закалки.

Согласно одному из вариантов реализации данного изобретения, шаг 6) включает вылавливание круга из сплава AlV55 при поверхностной температуре ниже 300°С.

Согласно одному из вариантов реализации данного изобретения, в шаге 6), при вылавливании круга из сплава AlV55 поверхностная температура превышает 130°С.

Согласно одному из вариантов реализации данного изобретения, шаг 4) включает определение температуры поверхности на основе аналоговых данных.

Применение вышеуказанных технических решений дает следующие преимущества по сравнению с существующей техникой:

(1) По способу данного изобретения, быстрое охлаждение круга из сплава AlV55 в водяной закалке после окончания реакции, эффективно уменьшает микротрещины и предотвращает образование оксидной пленки;

(2) По способу данного изобретения, ускорение скорости охлаждения способно также ускорить процесс производства изделия из сплава AlV55 и повысить эффективность производства;

(3) По способу данного изобретения, эксплуатация простая, только добавляя шага водяной закалки можно получить изделие из сплава AlV55 со значительным снижением коэффициента продукции с оксидной пленкой, себестоимость реконструкции оборудования низкая, эффект замечательный.

Описание приложенных чертежей

На рис. 1 показана технологическая схема процесса способа управления оксидной пленкой сплава AlV55 на заднем конце по данному изобретению.

Конкретные методы реализации

Следует понимать, что варианты реализации изобретения, представленные в примере осуществления, являются только иллюстративными. Несмотря на то, что в данном изобретении подробно описано лишь небольшое число вариантов реализации, технический персонал в данной области, могут легко оценить, что возможны различные модификации без существенного отхода от представлений об объекте изобретения. Соответственно, все такие модификации должны быть включены в сферу действия изобретения. Без отрыва от основной направленности изобретения допускаются другие замены, модификации, изменения и сокращения, условий эксплуатации и параметров следующих примеров осуществления.

Способ управления оксидной пленкой сплава AlV55 на заднем конце по данному изобретению, как показано на рис.1, в целом состоит из следующих шагов:

Шаг S1: Поместить реактор на плавильный стол в закрытое пространство и залить смешанную шихту, содержащую V₂O₅ и металл Al;

Шаг S2: Зажечь воспламеняющий агент, чтобы запустить реакцию и произвести термитно-восстановительную плавку алюминия;

Шаг S3: После окончания реакции, в реактор продуть инертный газ, для защиты;

Шаг S4: Контроль температуры поверхности круга из сплава AlV55 и разборка печи при снижении температуры поверхности до заданной температуры;

Шаг S5: Поместить круг из сплава AlV55 в ванну для водяной закалки, для быстрого охлаждения; и

Шаг S6: После охлаждения, выловить круг из сплава AlV55, раздробить, чтобы получить изделие из сплава AlV55.

В частности, на шаге S1, крупность зернистости V₂O₅≤120 меш, крупность металла Al≤80 меш, время смешивания составляет 20-30 минут для обеспечения равномерного смешивания сырья и адекватной реакции.

На шаге S3 инертный газ может содержать как минимум один из аргона, гелия, неона. Данный шаг также может содержать контроль температуры топки печи реактора и остановку продувки при достижении температуры топки печи 1100°С-1300°С. По сравнению с существующей технологией, которая в начале реакции заполняет защитным газом всю реакционную систему до окончания охлаждения, с одной стороны, предусмотренный в изобретении способ начинает продувку сразу после окончания реакции и прекращает продувку по достижении заданной температуры топки печи, предпочтительно температуры образования оксида 1100°С-1300°С, что обеспечивает непрерывность процесса продувки в интервале температуры образования оксида и отсутствие образования оксидной пленки после прекращения продувки; С другой стороны, над сварочной ванной реактора для продувки подается инертный газ, способный отнять наибольшее количество тепла, используя минимальное количество инертного газа, обеспечивая при этом изоляцию воздуха. С помощью изобретения возможно максимально эффективное использование инертного газа.

Сплав AlV55 в основном состоит из твердого раствора фазы ванадия с высоким содержанием ванадия и хрупкой фазы с низким содержанием ванадия, и чем ближе к процессу равновесного затвердевания, тем больше разница в содержании ванадия в двух фазах, тем сильнее микросегрегация. Кроме того, при сосуществовании хрупкой фазы с твердым раствором между двумя фазами легко возникают микротрещины, что приводит к плохой плотности границы ванадиевого алюминиевого сплава, множеству оксидных пленок и другим дефектам. На шаге S4 заданная температура может быть установлена выше температуры образования хрупкой фазы (например, Al₈V₅) в сплаве AlV55, предпочтительно 800-1000°С. На шаге S5 быстрое охлаждение круга из сплава AlV55 в интервале температуры образования хрупкой фазы может сдерживать образование хрупкой фазы, эффективно уменьшать микротрещины и избегать образования оксидной пленки. При этом увеличение скорости охлаждения также способно ускорить процесс производства изделий из сплава AlV55 и повысить эффективность производства.

Далее, можно добиться эффекта водяного уплотнения путем погружения круга из сплава AlV55 в ванну, для водяной закалки, эффективно избежать контакта круга из сплава AlV55 с воздухом и уменьшить использование инертного газа. В варианте реализации данного изобретения, при погружении круга из сплава AlV55 в ванну, для водяной закалки верхняя поверхность круга из сплава AlV55 может находиться на расстоянии около 5-10 см от уровня жидкости в ванне. На шаге S5 круг из сплава AlV55 можно выловить при температуре поверхности ниже 300°С, при которой не происходит никакой окислительной реакции, ведущей к образованию оксидной пленки. Предпочтительно, температура вылавливания круга из сплава AlV55 может быть выше 130°С, чтобы облегчить испарение влаги с поверхности круга из сплава AlV55 с помощью собственной остаточной температуры и избежать последующей сушки.

"Контроль" температуры поверхности, описанный в данном изобретении, представляет собой широкий контроль, который может быть получен как непосредственно с помощью датчиков и других приборов, так и косвенно с помощью аналоговых данных, полученных с помощью компьютерной техники моделирования.

Ниже приведены подробные варианты реализации вышеуказанного способа получения данного изобретения.

Пример осуществления 1

Взвесить 150 кг частиц V₂O₅ с размером зернистости 120~160 меш и 132,3 кг металлических частиц Al с размером частиц 80~120 меш в резервуар и перемешивать в течение 20 минут, затем загрузить в реактор, зажечь магниевую ленту для запуска реакции, после окончания реакции продуть аргон, для защиты, при достижении температуры контроля 1000°С разобрать печь. После разборки печи быстро поместить его в ванну, для водяной закалки, расстояние между верхней поверхностью круга из сплава AlV55 и уровнем жидкости составляет 5 см. При достижении температуры поверхности 300°С, выловить круг из сплава AlV55, раздробить, чтобы получить изделие из сплава AlV55.

Проверка показала, что в продуктах из сплава AlV55 соотношение продуктов с оксидной пленкой составляет 0,3%.

Пример осуществления 2

Взвесить 100 кг частиц V₂O₅ с размером зернистости ≤160 меш и 87,7 кг металлических частиц Al с размером частиц ≤120 меш в резервуар и перемешивать в течение 25 минут, затем загрузить в реактор, зажечь магниевую ленту для запуска реакции, после окончания реакции продуть аргон, для защиты, при достижении температуры контроля 900°С разобрать печь. После разборки печи быстро поместить его в ванну, для водяной закалки, расстояние между верхней поверхностью круга из сплава AlV55 и уровнем жидкости составляет 8 см. При достижении температуры поверхности 200°С, выловить круг из сплава AlV55, раздробить, чтобы получить изделие из сплава AlV55.

Проверка показала, что в продуктах из сплава AlV55 соотношение продуктов с оксидной пленкой составляет 0,15%.

Пример осуществления 3

Взвесить 200 кг частиц V₂O₅ с размером зернистости 120~160 меш и 176 кг металлических частиц Al с размером частиц ≤80 меш в резервуар и перемешивать в течение 30 минут, затем загрузить в реактор, зажечь магниевую ленту для запуска реакции, после окончания реакции продуть аргон, для защиты, при достижении температуры контроля 800°С разобрать печь. После разборки печи быстро поместить его в ванну, для водяной закалки, расстояние между верхней поверхностью круга из сплава AlV55 и уровнем жидкости составляет 10 см. При достижении температуры поверхности 130°С, выловить круг из сплава AlV55, раздробить, чтобы получить изделие из сплава AlV55.

Проверка показала, что в продуктах из сплава AlV55 соотношение продуктов с оксидной пленкой составляет 0,1%.

Пропорция 1

Взвесить 150 кг частиц V₂O₅ с размером зернистости 120~160 меш и 132,3 кг металлических частиц Al с размером частиц 80~120 меш в резервуар и перемешивать в течение 20 минут, затем загрузить в реактор, зажечь магниевую ленту для запуска реакции, после окончания реакции продуть аргон, для защиты. После охлаждения до комнатной температуры разобрать печь, раздробить, для получения изделия из сплава AlV55.

Проверка показала, что в продуктах из сплава AlV55 соотношение продуктов с оксидной пленкой составляет 0,75%.

Пропорция 2

Взвесить 100 кг частиц V₂O₅ с размером зернистости ≤160 меш и 87,7 кг металлических частиц Al с размером частиц ≤120 меш в резервуар и перемешивать в течение 25 минут, затем загрузить в реактор, зажечь магниевую ленту для запуска реакции, после окончания реакции продуть аргон, для защиты. После охлаждения до комнатной температуры разобрать печь, раздробить, для получения изделия из сплава AlV55.

Проверка показала, что в продуктах из сплава AlV55 соотношение продуктов с оксидной пленкой составляет 0,9%.

Пропорция 3

Взвесить 200 кг частиц V₂O₅ с размером зернистости 120~160 меш и 176 кг металлических частиц Al с размером частиц ≤80 меш в резервуар и перемешивать в течение 30 минут, затем загрузить в реактор, зажечь магниевую ленту для запуска реакции, после окончания реакции продуть аргон, для защиты. После охлаждения до комнатной температуры разобрать печь, раздробить, для получения изделия из сплава AlV55.

Проверка показала, что в продуктах из сплава AlV55 соотношение продуктов с оксидной пленкой составляет 1,0%.

С учетом вышеизложенного, применение данного способа позволяет удерживать коэффициент продукции с оксидной пленкой AlV55 в пределах 0,3%, что значительно ниже коэффициента продукции с оксидной пленкой из сплава AlV55, произведенного существующим методом, и имеет широкие перспективы для применения на рынке.

Выше приведены примеры осуществления раскрытия данного изобретения, но следует отметить, что различные изменения и модификации могут быть выполнены без отхода от сферы раскрытия данного изобретения, определенного формулой изобретения. Следует, однако, отметить, что обсуждение любого из приведенных выше вариантов реализации носит лишь иллюстративный характер и не направлено на то, чтобы подразумевать, что раскрытая сфера применения данного варианта реализации данного изобретения (формула изобретения) ограничена этими примерами и что могут вноситься многочисленные изменения и модификации, не отступая от предельных сфер, установленных требованиями. Функции, шаги и/или действия, требуемые в соответствии с описанными здесь методами варианта реализации, не должны выполняться в какой-либо конкретной последовательности. Кроме того, хотя элементы, раскрытые в варианте реализации изобретения, могут быть описаны или требуются в индивидуальной форме, они могут быть поняты как множественные, если только они явно не ограничены единственным числом.

Обычный технический персонал в своей области должен понимать, что обсуждение любого из приведенных выше вариантов реализации носит лишь иллюстративный характер и не направлено на то, чтобы подразумевать, что раскрытая сфера применения данного варианта реализации данного изобретения (формула изобретения) ограничена этими примерами; В соответствии с вариантом реализации данного изобретения возможна также комбинация технических характеристик вышеуказанных или разных вариантов реализации, а также наличие множества других изменений по различным аспектам описанного выше варианта реализации изобретения, которые для краткости не приведены в деталях. Следовательно, любое сокращение, модификация, эквивалентная замена, улучшение и т. д., выполненные в духе и принципе вариантов реализации данного изобретения, должны быть включены в сферу охраны вариантов реализации данного изобретения.

Изобретение относится к металлургии и может быть использовано для управления процессом охлаждения сплава AlV55. При этом выполняют следующие этапы: реактор помещают на плавильный стол в закрытое пространство и загружают смешанную шихту, содержащую V₂O₅ и металл Al, зажигают воспламеняющий агент, чтобы запустить реакцию и произвести термитно-восстановительную плавку алюминия, после окончания реакции продувают в реактор инертный газ для защиты, контролируют температуру поверхности круга из сплава AlV55 и разбирают печь при снижении температуры поверхности до заданной температуры 800-1000°С, помещают круг из сплава AlV55 в ванну для водяной закалки для быстрого охлаждения. После охлаждения вылавливают круг из сплава и дробят его для получения изделия из сплава AlV55. Изобретение позволяет быстро охлаждать круг из сплава AlV55 в водяной закалке для уменьшения микротрещин и предотвращения образования оксидной пленки после окончания реакции, что позволяет снизить коэффициент продукции с оксидной пленкой. 7 з.п. ф-лы, 3 пр., 1 ил.

1. Способ управления процессом охлаждения сплава AlV55, который характеризуется тем, что включает в себя следующие шаги:

1) реактор помещают на плавильный стол в закрытое пространство и заливают смешанную шихту, содержащую V₂O₅ и металл Al;

2) зажигают воспламеняющий агент, чтобы запустить реакцию и произвести термитно-восстановительную плавку алюминия;

3) после окончания реакции в реактор продувают инертный газ для защиты;

4) контроль температуры поверхности круга из сплава AlV55 и разборка печи при снижении температуры поверхности до заданной температуры, составляющей 800-1000°С;

5) круг из сплава AlV55 помещают в ванну для водяной закалки для быстрого охлаждения; и

6) после охлаждения вылавливают круг из сплава AlV55, дробят, чтобы получить изделие из сплава AlV55.

2. Способ по п. 1, характеризующийся тем, что в шаге 1) крупность зернистости V₂O₅≤120 меш, крупность металла Al≤80 меш, время смешивания составляет 20-30 мин.

3. Способ по п. 1, характеризующийся тем, что в шаге 2) воспламеняющим веществом является магниевая лента.

4. Способ по п. 1, характеризующийся тем, что шаг 3) включает продувку инертным газом над сварочной ванной реактора.

5. Способ по п. 1, характеризующийся тем, что шаг 5) включает погружение круга из сплава AlV55 в ванну для водяной закалки таким образом, чтобы верхняя поверхность круга из сплава AlV55 находилась на расстоянии 5-10 см от уровня жидкости в ванне для водяной закалки.

6. Способ по п. 1, характеризующийся тем, что шаг 6) включает вылавливание круга из сплава AlV55 при температуре поверхности ниже 300°С.

7. Способ по п. 6, характеризующийся тем, что в шаге 6) круг из сплава AlV55 вылавливают при температуре поверхности выше 130°С.

8. Способ по п. 1, характеризующийся тем, что шаг 4) включает определение температуры поверхности на основе аналоговых данных.